Lemnoideae es una subfamilia de plantas acuáticas con flores , conocidas como lentejas de agua , lentejas de agua o lentes de agua . Flotan sobre o justo debajo de la superficie de cuerpos de agua dulce y humedales quietos o de movimiento lento . También conocidas como laurel , surgieron dentro de la familia de las aráceas o aráceas ( Araceae ), [1] por lo que a menudo se clasifican como la subfamilia Lemnoideae dentro de la familia Araceae. Otras clasificaciones, particularmente las creadas antes de fines del siglo XX, las ubican como una familia separada, Lemnaceae .
Estas plantas tienen una estructura simple, sin tallo ni hojas evidentes . La mayor parte de cada planta es una pequeña estructura organizada en forma de " talo " o " fronda " de sólo unas pocas células de espesor, a menudo con bolsas de aire ( aerénquima ) que le permiten flotar sobre la superficie del agua o justo debajo de ella. Dependiendo de la especie, cada planta puede no tener raíz o puede tener una o más raicillas simples. [2]
La reproducción se produce principalmente por gemación asexual ( reproducción vegetativa ), que se produce a partir de un meristemo encerrado en la base de la fronda. Ocasionalmente, se producen tres "flores" diminutas que consisten en dos estambres y un pistilo , por lo que se produce la reproducción sexual . Algunos ven esta "flor" como un pseudanthium , o inflorescencia reducida , con tres flores que son claramente femeninas o masculinas y que derivan del espádice en Araceae. La evolución de la inflorescencia de la lenteja de agua sigue siendo ambigua debido a la considerable reducción evolutiva de estas plantas con respecto a sus parientes anteriores.
La flor del género Wolffia es la más pequeña conocida, midiendo apenas 0,3 mm de largo. [3] El fruto producido a través de esta reproducción ocasional es un utrículo , y se produce una semilla en una bolsa que contiene aire que facilita la flotación.
Uno de los factores más importantes que influyen en la distribución de las plantas de los humedales, y en particular de las plantas acuáticas, es la disponibilidad de nutrientes. [4] Las lentejas de agua tienden a estar asociadas con condiciones fértiles, incluso eutróficas . Pueden propagarse al adherirse a las plumas de las aves acuáticas y a la piel o el pelaje de otros animales anfibios, y así transportarse inadvertidamente a nuevos cuerpos de agua. [5] Las plantas también pueden ser transportadas por inundaciones u otras aguas en movimiento. En cuerpos de agua con corrientes constantes o desbordamientos, las plantas son arrastradas por los canales y no suelen proliferar mucho, ya que prefieren aguas tranquilas. Sin embargo, en algunos lugares, existe un patrón cíclico, impulsado por los patrones climáticos, en el que las plantas proliferan en gran medida durante los períodos de bajo movimiento de agua antes de ser arrastradas cuando llegan los períodos de lluvia.
La lenteja de agua es una fuente importante de alimento rico en proteínas para las aves acuáticas y muchas especies de peces . Estas diminutas plantas proporcionan refugio a los vulnerables alevines y renacuajos de muchos peces y anfibios . Las especies de estanques, como las ranas toro y los tritones , y peces como los mojarras azules , las utilizan como refugio . También proporcionan sombra y, aunque a menudo se las confunde con ellas, pueden reducir ciertos crecimientos de algas fotoautotróficas generados por la luz .
La lenteja de agua se consume en algunas partes del sudeste asiático, a saber, Laos , Tailandia y Myanmar . [6] Además, también se cultiva como verdura en Israel . [7] Produce más proteínas por metro cuadrado que la soja , por lo que a veces se cita como una importante fuente potencial de alimento. [8]
Algunas investigaciones iniciales sobre hasta qué punto la lenteja de agua podría introducirse en los mercados europeos muestran pocas objeciones de los consumidores a la idea. [9] El Proyecto Cuevas de Marte de la NASA identificó a la lenteja de agua como un candidato principal para proyectos de producción de alimentos marcianos. [10]
A pesar de algunos de estos beneficios, debido a que la lenteja de agua prospera en ambientes de humedales con alto contenido de nutrientes, las plantas pueden considerarse una especie molesta cuando las condiciones favorecen una proliferación excesiva en ambientes que tradicionalmente son bajos en nutrientes u oligotróficos .
Un ejemplo de este problema ocurre en los Everglades , un entorno mayoritariamente oligotrófico, cuando el exceso de productos químicos (que incluyen fertilizantes) son transportados por la escorrentía pluvial o la escorrentía superficial hacia sus vías fluviales. [11]
La escorrentía urbana y la contaminación agrícola comienzan entonces a introducir mayores niveles de nutrientes en los humedales y vías fluviales circundantes, lo que puede causar una alteración de la ecología nativa. Estas condiciones permiten la invasión de una especie de rápido crecimiento como la lenteja de agua para establecerse, propagarse y desplazar a otras especies nativas como la juncal y, con el tiempo, dar lugar a cambios generalizados en la ecología de los hábitats nativos de juncal y ciénaga dentro de los Everglades. [12]
Las lentejas de agua han sido durante mucho tiempo un misterio taxonómico y, por lo general, se las ha considerado como una familia propia, las Lemnaceae. Se reproducen principalmente de forma asexual. Las flores, si las hay, son pequeñas. Las raíces son muy reducidas o están totalmente ausentes. Se sospechaba que estaban relacionadas con las Araceae desde 1876, pero hasta la llegada de la filogenia molecular , era difícil comprobar esta hipótesis.
A partir de 1995 se iniciaron estudios para confirmar su ubicación en las Araceae y desde entonces la mayoría de los sistemáticos las consideran parte de esa familia. [13]
Su posición dentro de su familia ha sido un poco menos clara; sin embargo, varios estudios del siglo XXI los colocan en la posición que se muestra a continuación. [13] Aunque están en la misma familia que Pistia , otra planta acuática, no están estrechamente relacionadas. [13]
Los géneros de lentejas de agua son: Spirodela , Landoltia , Lemna , Wolffiella y Wolffia .
Los tamaños del genoma de la lenteja de agua tienen un rango de diez veces (150~1,500 MB), lo que potencialmente representa diploides a octaploides . El género ancestral de Spirodela tiene el tamaño de genoma más pequeño (150 MB, similar a Arabidopsis thaliana ), mientras que el género más derivado, Wolffia , contiene plantas con el tamaño de genoma más grande (1,500 MB). [14] La secuenciación de ADN ha demostrado que Wolffiella y Wolffia están más estrechamente relacionadas que las otras. Spirodela está en la posición basal del taxón, seguida de Lemna , Wolffiella y Wolffia , que es la más derivada. [15]
Para identificar diferentes genomas de lentejas de agua, se desarrolló un sistema de identificación molecular basado en ADN basado en siete marcadores de plástidos propuestos por el Consorcio para el Código de Barras de la Vida . [16] El espaciador no codificante atpF-atpH fue elegido como un marcador de código de barras de ADN universal para la identificación a nivel de especie de lentejas de agua. [17]
Las plantas acuáticas extintas que flotan libremente y el polen con afinidades con las Lemnoideae aparecen por primera vez en el registro fósil durante el Cretácico Superior ( Maastrichtiano ), como lo evidencian las hojas flotantes descritas como Aquaephyllum auriculatum de la Patagonia , Argentina , y el género de polen lemnoide Pandaniidites . [18]
Los fósiles de hojas flotantes con raicillas del Paleoceno del sur de Saskatchewan , Canadá , que fueron descritos originalmente como Lemna ( Spirodela ) scutata por John William Dawson en 1885, han sido redescritos como Limnobiophyllum . [19] Además del oeste de América del Norte, se ha informado de Limnobiophyllum del Paleoceno del este de Rusia y del Mioceno de la República Checa . [19] Los especímenes inusualmente completos del Paleoceno de Alberta , Canadá, varían desde hojas individuales de hasta unos 4 cm (1,6 pulgadas) de diámetro hasta rosetas de hasta cuatro hojas, algunas de las cuales estaban conectadas a plantas adyacentes por estolones , y algunas de las cuales tienen restos de flores con anteras que contienen polen de Pandaniidites . [20] También se han informado apariciones de semillas lemnoides descritas como Lemnospermum . [19]
La investigación y las aplicaciones de la lenteja de agua son promovidas por dos organizaciones internacionales: la Asociación Internacional de Lemna [21] y el Comité Directivo Internacional sobre Investigación y Aplicaciones de la Lenteja de Agua. [22]
En julio de 2008, el Instituto Conjunto del Genoma del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) anunció que el Programa de Secuenciación Comunitaria financiaría la secuenciación del genoma de la lenteja de agua gigante, Spirodela polyrhiza . Este fue un proyecto prioritario para el DOE en 2009. La investigación tenía como objetivo facilitar nuevos programas de biomasa y bioenergía . [23] Los resultados se publicaron en febrero de 2014 y brindan información sobre cómo esta planta se adapta al crecimiento rápido y a un estilo de vida acuático. [24]
La lenteja de agua está siendo estudiada por investigadores de todo el mundo como una posible fuente de energía limpia. En los EE. UU., además de ser objeto de estudio por parte del DOE, tanto la Universidad Rutgers como la Universidad Estatal de Carolina del Norte tienen proyectos en curso para determinar si la lenteja de agua podría ser una fuente de energía limpia, renovable y rentable . [25] [26] La lenteja de agua es una buena candidata como biocombustible porque crece rápidamente, produce de cinco a seis veces más almidón que el maíz por unidad de área y no contribuye al calentamiento global . [27] [28] La naturaleza rápida de la lenteja de agua ha demostrado que puede duplicar la biomasa en cuatro días y medio. [29] [30] [31] La lenteja de agua elimina el dióxido de carbono de la atmósfera y puede tener valor para la mitigación del cambio climático . [32]
Las plantas pueden eliminar los nitratos si se las corta, y las lentejas de agua son importantes en el proceso de biorremediación porque crecen rápidamente y absorben el exceso de nutrientes minerales, en particular nitrógeno y fosfatos . Por estas razones, se las promociona como purificadores de agua de valor inexplotado. [33]
El Departamento Suizo de Agua y Saneamiento en Países en Desarrollo, asociado con el Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Ambiental, afirma que además de sus valores alimentarios y agrícolas, la lenteja de agua también puede utilizarse para el tratamiento de aguas residuales para capturar toxinas y controlar olores, y que si se mantiene una estera de lenteja de agua durante la cosecha para eliminar las toxinas capturadas por ella, se previene el desarrollo de algas y se controla la reproducción de mosquitos . [34] La misma publicación proporciona una extensa lista de referencias para muchos temas relacionados con la lenteja de agua.
Estas plantas también pueden desempeñar un papel en la conservación del agua porque una cubierta de lenteja de agua reducirá la evaporación del agua en comparación con la tasa de un cuerpo de agua de tamaño similar con una superficie clara.
La lenteja de agua también funciona como biorremediador al filtrar eficazmente contaminantes como bacterias, nitrógeno, fosfatos y otros nutrientes de cuerpos de agua naturales, humedales construidos y aguas residuales. [35] [36] [37]
Una empresa emergente, microTERRA, con sede en México, ha intentado utilizar lenteja de agua para limpiar el agua en granjas de acuicultura privadas. Las plantas utilizan nitrógeno y fósforo producidos a partir de desechos de peces como fertilizante, al mismo tiempo que limpian el agua a medida que crece. Los acuicultores pueden reutilizar el agua y la lenteja de agua, que tiene un contenido de proteína de entre el 35 y el 42 %, se puede cosechar como fuente de proteína vegetal sostenible . [38]
